官学源

（中国石油天然气管道工程有限公司沈阳分公司，辽宁 沈阳 110032）

随着我国天然气的高速发展，其年消耗量的不断提高带来了能源安全的新危机。天然气管道泄漏事故不仅对该管道的正常传输产生影响，而且污染环境，其易燃，易爆的危险也会对人们的生活环境构成威胁。针对管道泄漏扩散问题，我国学者考虑各种条件的影响因素下对天然气的泄漏问题进行了大量的数值研究[1-5]。而针对管道泄漏着火的研究相对较少。因此，本文通过FLUENT软件，基于有限容积法，建立埋地含硫天然气管道持续泄漏扩散和燃烧模型，对比分析埋地含硫天然气管道泄漏时有毒气体的扩散情况和发生燃烧后有毒气体的扩散情况。为埋地含硫天然气管道的风险评估、安全运行和管理，事故分析，工程设计以及泄漏后应急措施等提供了参考理论。

1 数学模型

1.1 组分输运守恒方程

式中：Ri—第i组分在化学反应的速率，kgmol/（m3·s）；

Si—扩散相加上用户定义的源项；

Ji—组分j的扩散通量，mol/（m2·s）；

Yi—第i种物质的质量分数，% ；

u—流体流速，m·s-1；

ρ—密度，kg·m-3；

t—时间，s。

湍流中的质量扩散

式中：Sct—湍流施密特数；

Dim—混合物中第i种物质的扩散系数；

μt—湍流黏度，Pa·s。

1.2 涡耗散模型

式中：Ri,r—反应r中物质i的产生/分解速度，kgmol/（m3·s）；

Mw,i—第i种物质的质量分数，%；

—大尺度涡混合时间尺度，s；

N—系统化学物质数目；

YP，YR—某种产物的质量组分；

A,B—经验常数，这里分别取0.4和0.5;

v'i,r—反应r中反应物i的化学计量系数。

2 数值模拟与结果分析

2.1 问题描述

某埋地含硫天然气管道，计算管长间距为5 km，管道外径650 mm，埋深1.5 m。……